本文作者为刘智琪、吴琼、王亮清、朱悦、唐辉明,均来自中国地质大学(武汉)工程学院。该篇题为《多因素耦合作用下东南降雨型群发滑坡多尺度孕育机制研究综述》的学术综述文章,已于2025年10月08日收稿,并于2025年12月11日在《地球科学》(Earth Science)期刊上进行了网络首发。
本文是一篇针对特定领域研究进展的综合性评述,旨在系统梳理和总结我国东南地区降雨型群发滑坡(rainfall-induced cluster landslides)在多因素耦合作用下的多尺度孕育机制方面的研究成果。文章主题聚焦于地质灾害领域,特别是滑坡灾害的成因机理研究。作者开展此项综述工作的背景在于,东南地区是我国降雨型群发滑坡的高发区。在全球气候变化导致极端降雨事件频发的背景下,此类灾害对人民生命财产和社会经济发展构成了严重威胁。与国外同类研究相比,我国东南地区的滑坡灾害表现出更复杂的多因素协同特征,涉及台风暴雨与梅雨交替、花岗岩及火山岩风化壳的特殊地质结构,以及高强度人类活动等多重因素的叠加影响。因此,系统回顾该领域的研究进展,阐明多因素耦合与多尺度联动的复杂机制,对于深化滑坡灾害规律认识、提升区域预警与防控能力具有紧迫的现实意义和重要的学术价值。
本文的主体内容围绕“影响因素-耦合机制-多尺度过程-研究方法”的逻辑框架展开,详细阐述了以下几个核心观点:
第一,降雨型群发滑坡的孕育受控于地质、气象水文、生态环境和人类活动四大类因素的复杂相互作用。 文章首先系统剖析了各类因素的具体作用机制。在地质条件方面,重点阐述了东南地区以中山、低山和丘陵为主的地形特征,以及广泛分布的花岗岩、火山岩(如凝灰岩)风化壳所形成的垂向非均质结构。这种结构导致降雨入渗差异显著,浅层残积土遇水易软化崩解,是滑坡发生的物质基础。在气象水文方面,强调台风暴雨(短时高强度)和梅雨(长历时)两类降雨模式对滑坡触发机制的不同影响,前者易引发浅层群发性滑坡,后者则多导致中深层滑坡且存在滞后效应。地表径流汇流与地下水渗流过程共同调控着坡体的水分和孔隙水压力分布。在生态环境方面,着重分析了植被覆盖的双重角色:植被根系可通过力学锚固和水文调节(冠层截留、蒸腾)起到固坡作用,但在极端降雨下,根系网络也可能形成优先渗流通道,加速雨水入渗,反而转变为促滑因素,呈现出复杂的非线性关系。在人类活动方面,指出工程建设(如切坡建房、修路)、矿山开采、土地利用变化(如坡地开垦、城市化地表硬化)等强烈改变原始地形、应力场和水文地质条件,是加剧区域滑坡风险的关键驱动因素,其影响在东南这类人口密集、经济活跃的地区尤为突出。
第二,多因素耦合作用机制是理解群发滑坡孕育规律的核心,各因素间存在非线性的协同与互馈关系。 文章深入探讨了不同因素之间的耦合机制。地质条件与气象水文的耦合是最主要的研究方向。例如,火成岩风化壳的层状结构与强降雨协同,导致上层快速饱和而下层滞后响应,形成瞬态孔隙水压力梯度,从而触发浅层滑坡。地形地貌(如凹坡汇水、阳坡快速入渗)则进一步放大了这种降雨-地质耦合效应。生态环境与自然因素的耦合表现为植被与地质、水文环境的复杂互馈。植被的固坡效应受根系形态、分布密度及土壤性质制约,而其形成的优先流路径则在强降雨下可能主导水文过程,抵消甚至逆转其加固效果。人类活动与自然因素的耦合则具有强烈的叠加和放大效应。例如,工程切坡直接创造临空面并扰动水文,与强降雨结合极大提升了失稳概率;城市热岛效应可能同时改变局地降雨模式和岩土体性质,催生新型灾害链。这些耦合关系表明,滑坡孕育是多重动力过程在时空上交织的结果,而非单一因素主导。
第三,群发滑坡的孕育过程具有显著的多尺度特征,需从单体尺度(slope scale)和流域尺度(watershed scale)两个层面进行关联性研究。 文章明确指出,对群发滑坡机制的理解需要跨越不同空间尺度。在单体尺度上,研究聚焦于单个斜坡的失稳过程,核心是降雨入渗引发岩土体基质吸力丧失、孔隙水压力上升、抗剪强度劣化的物理力学过程,常表现为“降雨入渗-径流冲刷-流滑破坏”的阶段性渐进破坏模式。在流域尺度上,研究关注的是在特定气象-水文-地质背景下,多个滑坡在空间上的集群分布和时间上的协同(或滞后)响应规律。这涉及到降雨空间分布不均、地形汇流网络、区域地质构造格局对滑坡时空聚集性的控制作用。文章强调,单体失稳是群发事件的基本单元,而流域尺度研究则揭示了局部事件在区域系统下的协同规律,二者存在层层递进的内在联系。当前研究趋势正朝着单体与流域尺度深度融合的方向发展,旨在构建跨尺度耦合模型以揭示从局部失稳到区域群发的完整灾变链条。
第四,降雨型群发滑坡的研究方法呈现多元化融合发展趋势,主要包括现场监测、物理模型试验、数值模拟和人工智能数据驱动四大类。 文章系统总结了各类研究方法的应用现状与特点。现场监测(如GPS、InSAR、渗压计、无人机)能够获取滑坡动态演化的真实数据,是机理研究最直接的依据,但存在成本高、覆盖有限等局限。物理模型试验通过在可控条件下模拟降雨入渗和边坡破坏全过程,能够直观揭示失稳机制,是验证理论的重要手段。数值模拟(如渗流-应力耦合分析)可以定量刻画多场耦合过程,分析不同工况下的边坡响应,具有灵活、可重复的优点。人工智能与数据驱动方法(如机器学习模型随机森林、支持向量机等)则在大数据时代展现出强大优势,被广泛应用于区域滑坡易发性(susceptibility)和危险性(hazard)评价,通过挖掘历史数据中的复杂非线性关系进行预测。文章指出,未来研究需要加强机理模型与数据驱动模型的结合,即“机理与数据双驱动”框架,以克服单一方法的不足,提升预测预警的准确性和可靠性。
第五,当前研究仍面临挑战,未来需在多因素动态耦合机制、模型跨尺度衔接、以及新方法融合应用等方面取得突破。 文章在综述进展的同时,也客观指出了领域内存在的不足。主要包括:对多因素之间的动态耦合与互馈机制,尤其是随时间演化的过程,认识尚不清晰;单体尺度机理模型与流域尺度统计或评价模型之间的衔接不足,缺乏有效的跨尺度传递与集成方法;以及如何将先进的监测技术、物理机制模型和人工智能算法更有机地结合,构建动态化、智能化的区域滑坡灾害预警防控体系。针对这些挑战,文章提出了未来的研究方向,包括:加强群发滑坡多因素互馈机制和协同演化物理力学过程的基础研究;推动构建融合机理与数据、贯通单体与流域的多尺度孕育模型;最终目标是提升对东南地区乃至类似地质气候区降雨型群发滑坡的预测预报能力和灾害风险防控水平。
本文的发表具有重要的学术价值和实践指导意义。在学术上,它系统整合了分散在多学科领域(工程地质、水文地质、岩土工程、地理信息科学等)的研究成果,构建了一个关于“多因素耦合-多尺度孕育”的清晰知识框架,为后续研究者提供了全面的文献概览和明确的问题导向。文章强调的耦合思维和尺度关联视角,对深化复杂地质灾害系统认知具有方法论上的启发。在实践应用上,该综述所梳理的影响因素、耦合机制和研究方法,直接服务于区域滑坡灾害调查、易发性区划、监测预警系统构建和工程防治措施优化。特别是对于我国东南沿海这一滑坡高易发区,文章指出的研究方向有助于聚焦关键科技问题,推动防灾减灾技术的进步,从而为保障该地区重大工程安全、城镇安全和人民群众生命财产安全提供科学支撑。